1、第4章激光唱機(jī)第第4章激光唱機(jī)章激光唱機(jī)4.1 CD機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 4.2 CD機(jī)相關(guān)知識(shí)機(jī)相關(guān)知識(shí) 4.3 CD機(jī)拓展知識(shí)機(jī)拓展知識(shí) 第4章激光唱機(jī)4.1CD機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1982年，由荷蘭飛利浦公司和日本索尼公司聯(lián)合推出了一種被稱為CD(CompactDisc)唱機(jī)的數(shù)字音頻設(shè)備，它是利用激光頭讀取固化在光盤上的音頻數(shù)字信息，再經(jīng)電路處理還原模擬信號(hào)的音頻重放設(shè)備，又稱激光唱機(jī)，簡(jiǎn)稱CD機(jī)。 第4章激光唱機(jī)4.1.1CD機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)CD機(jī)的基本組成包括機(jī)芯和電路兩部分。1機(jī)芯的基本組成機(jī)芯的基本組成CD機(jī)機(jī)芯的基本組成如圖41所示，主要由托盤進(jìn)出機(jī)構(gòu)、光盤裝卸機(jī)

2、構(gòu)、光頭進(jìn)給機(jī)構(gòu)、光盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)和光束聚焦與循跡機(jī)構(gòu)等部分組成。 第4章激光唱機(jī)圖41CD機(jī)機(jī)芯的基本組成方框圖 第4章激光唱機(jī)托盤進(jìn)出機(jī)構(gòu)、光盤裝卸機(jī)構(gòu)與夾持機(jī)構(gòu)安裝在塑料機(jī)座上，托盤通過齒條與機(jī)座上的托盤進(jìn)出機(jī)構(gòu)中的主凸輪嚙合。加載電機(jī)安裝在機(jī)座上。唱片旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和光頭進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在鋼制芯座上，通過螺釘壓固在機(jī)座上。芯座嵌在升降凸輪槽內(nèi)，隨著升降凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而上下移動(dòng)。 第4章激光唱機(jī)2.電路的基本組成電路的基本組成CD機(jī)電路的基本組成如圖42所示，主要由激光頭、信號(hào)處理系統(tǒng)、機(jī)芯伺服系統(tǒng)、控制顯示系統(tǒng)、電源電路等部分組成。圖42CD機(jī)電路的基本組成方框圖 第4章激光唱機(jī)激光頭（俗稱激

3、光拾音器）主要用于讀取CD唱片上的數(shù)字音頻信號(hào)，它采用的是一種光學(xué)非接觸讀取信息方式。激光頭發(fā)射波長(zhǎng)為780nm的激光束，由CD機(jī)的伺服系統(tǒng)控制，準(zhǔn)確照射在信號(hào)軌跡上，有信號(hào)坑的地方反射激光少，無(wú)信號(hào)坑的地方激光幾乎被全部反射。該反射光強(qiáng)的變化由激光頭中光電二極管接收并轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制電信號(hào)。信號(hào)處理系統(tǒng)包括RF信號(hào)處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、數(shù)字濾波器與音頻數(shù)/模變換器以及低通濾波器等。其中數(shù)字信號(hào)處理(DSP)電路是信號(hào)處理系統(tǒng)的核心部分，一般使用超大規(guī)模集成電路。 第4章激光唱機(jī)CD機(jī)中含有四種獨(dú)立的伺服機(jī)構(gòu)，其中，聚焦伺服機(jī)構(gòu)使物鏡作上、下微動(dòng)，以使激光束正確聚焦在唱片的信號(hào)面上；循跡伺服機(jī)構(gòu)

4、使物鏡作徑向微動(dòng)，以使激光束始終對(duì)準(zhǔn)信號(hào)軌跡中心，正確地進(jìn)行掃描；進(jìn)給(滑動(dòng))伺服機(jī)構(gòu)使整個(gè)激光拾音器沿徑向移動(dòng)，完成正常讀碟和特殊播放；主軸伺服機(jī)構(gòu)用恒線速(CLV)方式控制光盤旋轉(zhuǎn)?？刂骑@示電路包括機(jī)芯工作狀態(tài)的控制、電路工作狀態(tài)的控制、鍵盤操作與遙控接收以及顯示驅(qū)動(dòng)等電路，其核心是一塊專用的微處理器(CPU)芯片。CD機(jī)的電源常采用串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電路，高檔機(jī)采用開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。穩(wěn)壓電源向CD機(jī)各部分電路，如數(shù)字電路、模擬電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、顯示電路等提供工作電源。 第4章激光唱機(jī)3CD機(jī)的特點(diǎn)機(jī)的特點(diǎn)CD機(jī)與磁帶錄音機(jī)和早期的模擬唱機(jī)相比，具有如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。（1）光盤記錄密度高，存儲(chǔ)

5、容量大。由于在CD光盤中采用了激光高密度記錄技術(shù)，使得一張12cmCD光盤上可以存儲(chǔ)大約650MB的信息，可以播放74min高質(zhì)量的雙聲道立體聲伴音。（2）電聲性能指標(biāo)高，重放音響效果好。在CD機(jī)中，由于采用了激光技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，使信號(hào)的記錄與重放技術(shù)得到極大的改善，進(jìn)而使重放的聲音更加逼真，音質(zhì)更加完美。常用CD機(jī)的主要性能指標(biāo)為：頻率響應(yīng)為20Hz20kHz；信噪比大于96dB；動(dòng)態(tài)范圍大于96dB；分離度大于96dB；諧波失真小于0.05%。 第4章激光唱機(jī)（3）非接觸讀取信息，光盤永不磨損。由于采用激光讀取光盤信息，激光頭與光盤之間無(wú)任何接觸，使得光盤不會(huì)發(fā)生磨損現(xiàn)象，易于長(zhǎng)久

6、保存。（4）光盤制作成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。CD光盤制作時(shí)，首先是將節(jié)目盤錄制在母盤上，再將母盤制作成模具，然后在注塑機(jī)中直接注壓成形。因此，光盤在大批量生產(chǎn)時(shí)，工序少，成本低。除此之外，CD機(jī)還具有操作功能強(qiáng)、檢索速度快、糾錯(cuò)能力較強(qiáng)等特點(diǎn)。 第4章激光唱機(jī)4.1.2CD機(jī)的基本工作原理機(jī)的基本工作原理CD機(jī)的主要功能是播放CD唱片。CD唱片以適當(dāng)?shù)乃俣刃D(zhuǎn)，激光頭拾取從唱片上反射回來(lái)的激光束，重新獲得數(shù)據(jù)信息，并盡可能使數(shù)據(jù)信息精確地還原為原始模擬信號(hào)。1激光拾音器激光拾音器1）激光拾音器的作用與性能要求激光拾音器的主要作用是讀取CD唱片的反射信號(hào)并產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)和循跡誤差信號(hào)。目前市場(chǎng)

7、上主要有以Sony機(jī)芯為代表的三束光激光頭和以Philips機(jī)芯為代表的單束光激光頭，兩種結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是產(chǎn)生循跡誤差信號(hào)的方式有所不同。 第4章激光唱機(jī)為了使激光拾音器能夠準(zhǔn)確地拾取CD唱片上的數(shù)字音頻信息，對(duì)激光拾音器有如下技術(shù)要求：(1)具有自動(dòng)功率控制(APC)電路，保持激光二極管發(fā)射的激光束功率恒定。(2)具有自動(dòng)聚焦裝置，驅(qū)動(dòng)物鏡上下垂直移動(dòng)，使激光束能準(zhǔn)確聚焦于CD唱片的信息層，拾取最大的光反射信號(hào)。(3)具有自動(dòng)循跡裝置，驅(qū)動(dòng)物鏡左右平行移動(dòng)，使激光束能準(zhǔn)確跟蹤C(jī)D唱片上的信息軌跡。(4)具有光學(xué)分光裝置，能將發(fā)射光和反射光分離。(5)具有光敏接收裝置，能將反射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

8、 第4章激光唱機(jī)2）激光拾音器的組成與工作原理激光拾音器是CD機(jī)中的關(guān)鍵部件，它是利用激光束從CD唱片上讀取數(shù)字音頻信號(hào)的光/電轉(zhuǎn)換裝置，主要由激光二極管、光學(xué)系統(tǒng)及光敏檢測(cè)器等部件組成。三束光型并非使用三個(gè)激光頭，而是利用光學(xué)原理將激光二極管發(fā)射出的激光束一分為三，其等效原理結(jié)構(gòu)如圖43所示。由于單束光型的伺服電路比三束光型的要復(fù)雜一些，所以實(shí)用產(chǎn)品中使用三束光型的較多。激光屬于電磁波，具有波動(dòng)性，它的傳播是一面振動(dòng)，一面向前傳播。當(dāng)電磁波振動(dòng)平面與前進(jìn)方向垂直時(shí)，稱為偏振光。根據(jù)合成振動(dòng)矢量的不同，又可分為直線偏振光和圓形偏振光。第4章激光唱機(jī)圖43三束光型激光拾音器的等效原理結(jié)構(gòu) 第4章

9、激光唱機(jī)在圖43中，激光二極管發(fā)射波長(zhǎng)為780nm的直線偏振光，光電二極管與激光二極管位置靠得很近，處于同一封裝內(nèi)，直接檢測(cè)激光強(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送至外部的自動(dòng)功率控制電路APC。APC電路輸出控制電壓，控制激光二極管的受激狀態(tài)，使發(fā)射的激光功率保持恒定。單束激光經(jīng)過衍射光柵分裂為三束激光，中間的主光束用于從光碟上拾取數(shù)據(jù)信息，主光束兩邊的副光束用于產(chǎn)生循跡信息。 第4章激光唱機(jī)三束激光穿過偏振棱鏡、準(zhǔn)直透鏡形成平行光束，當(dāng)繼續(xù)通過由異方向結(jié)晶石英制成的14波長(zhǎng)片時(shí)，光束偏振方向?qū)⒛鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)45，由直線偏振光變成圓形偏振光，借助物鏡將激光束聚焦后，投射到CD唱片的信號(hào)面上。激光束經(jīng)CD唱

10、片信號(hào)面反射逆行，穿過物鏡，再次反向穿過14波長(zhǎng)片，激光束偏振方向又將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45，變回直線偏振光，但此反射光已與入射光形成90相位差，再次通過偏振棱鏡時(shí)，將發(fā)生90折射而進(jìn)入柱面透鏡，實(shí)現(xiàn)了入射光與反射光的分離 第4章激光唱機(jī)柱面透鏡的作用是產(chǎn)生聚焦信號(hào)，當(dāng)主激光束在CD唱片上聚焦良好時(shí)，反射回來(lái)的主光束照射在A、B、C、D四只光電二極管的中心，形成一個(gè)圓形光斑。若主光束聚焦不良，柱面透鏡使反射主光束在四只光電二極管上形成一個(gè)橢圓光斑，且橢圓光斑的傾斜方向與聚焦不良的方向有關(guān)。光檢測(cè)器陣列通常由A、B、C、D、E、F六只光電二極管組成，并按一定的陣列方式進(jìn)行連接。六只光電二極管依據(jù)接收到的

11、反射激光束的強(qiáng)度不同，產(chǎn)生以下三種電信號(hào)： 第4章激光唱機(jī)射頻信號(hào)：RFA+B+C+D，是CD光碟的主信號(hào)，又稱為眼圖信號(hào)，它包含了CD光碟的全部數(shù)據(jù)信息，由主激光束照射在A、B、C、D四只光電二極管上而生成。循跡誤差信號(hào)：TEE-F，由兩個(gè)副激光束分別照射在E、F兩只光電二極管上而生成，它包含的是主激光束偏離光碟信息軌跡的狀態(tài)信息。聚焦誤差信號(hào)：FE(A+C)-(B+D)，由主激光束照射在A、B、C、D四只光電二極管上而生成，它包含的是主激光束在CD光碟上的聚焦?fàn)顟B(tài)信息。 第4章激光唱機(jī)2.RF信號(hào)處理電路信號(hào)處理電路1）RF信號(hào)處理電路的作用RF信號(hào)處理電路的主要功能是對(duì)來(lái)自激光拾音器的光

12、電信號(hào)進(jìn)行放大、對(duì)稱性校正及波形整形，輸出能被正確識(shí)別的EFM信號(hào)，送至數(shù)字信號(hào)處理（DSP）電路；同時(shí)輸出聚焦伺服和循跡伺服的誤差信號(hào)，送至伺服信號(hào)處理電路。 第4章激光唱機(jī)2）RF信號(hào)處理電路的組成與工作原理光檢測(cè)器陣列輸出三個(gè)基本信號(hào)，即EFM信號(hào)、聚焦誤差信號(hào)和循跡誤差信號(hào)，如圖44所示。 圖44光檢測(cè)器陣列輸出信號(hào) 第4章激光唱機(jī)（1）光檢測(cè)器陣列。由CD唱片反射回來(lái)的激光信息，經(jīng)過六只光電二極管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。其中，中間的四只二極管A、B、C、D按對(duì)角線形式連接，即A與C一組，B與D一組。這兩組光電二極管的輸出信號(hào)分別饋至聚焦誤差放大器和相加放大器，光電二極管E和F的輸出信號(hào)饋至循跡

13、誤差放大器。（2）聚焦誤差放大器。聚焦誤差放大器首先對(duì)A、B、C、D四只二極管的兩組輸出信號(hào)分別進(jìn)行放大，然后再由一個(gè)差分放大器對(duì)這兩組信號(hào)進(jìn)行比較放大，形成聚焦誤差信號(hào)。其大小和極性與聚焦誤差的程度和方向有關(guān)，如圖45所示。 第4章激光唱機(jī)當(dāng)主激光束在CD唱片上聚焦良好時(shí)，反射回來(lái)的主光束照射在A、B、C、D四只光電二極管的中心，形成一個(gè)圓形光斑，四只光電二極管接收到的激光束相等，則聚焦誤差信號(hào)FE(A+C)-(B+D)0，無(wú)聚焦誤差信號(hào)產(chǎn)生；若主光束聚焦不良，反射回來(lái)的主光束在四只光電二極管上形成一個(gè)橢圓光斑，則聚焦誤差信號(hào)FE(A+C)-(B+D)（或0），即誤差信號(hào)的極性與聚焦不良所發(fā)

14、生的方向有關(guān)，信號(hào)的幅值與聚焦不良的程度有關(guān)。該誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)聚焦線圈，使物鏡作垂直方向移動(dòng)，完成自動(dòng)聚焦功能。 第4章激光唱機(jī)圖45聚焦誤差信號(hào)的產(chǎn)生原理 第4章激光唱機(jī)（3）循跡誤差放大器。E和F光電二極管的輸出信號(hào)只用于循跡。若兩個(gè)副激光束分別照射在E、F兩只光電二極管上的激光相等，則循跡誤差信號(hào)TEE-F0，說明激光束沒有偏離光碟信息軌跡，無(wú)循跡誤差信號(hào)產(chǎn)生。反之，則循跡誤差信號(hào)TEE-F0，有循跡誤差信號(hào)產(chǎn)生，信號(hào)的大小和極性與循跡誤差的程度和方向有關(guān)，如圖46所示。該誤差信號(hào)經(jīng)差分放大器放大，驅(qū)動(dòng)循跡線圈，使物鏡作水平方向移動(dòng)，完成自動(dòng)循跡功能。 第4章激光唱機(jī)圖46循跡誤差信號(hào)的產(chǎn)

15、生原理 第4章激光唱機(jī)（4）相加放大器。相加放大器的輸入信號(hào)是A、B、C、D四只二極管的兩組輸出信號(hào)。這兩組信號(hào)在放大器中相加，輸出的是四只二極管的求和信號(hào)，該信號(hào)稱為射頻信號(hào)或眼圖波形，它包含來(lái)自唱片上的全部數(shù)據(jù)信息，如圖47所示。 圖47眼圖波形 第4章激光唱機(jī)為了還原原始模擬音頻信息，還應(yīng)對(duì)射頻信號(hào)作進(jìn)一步處理。RF射頻信號(hào)的波形反映了激光唱機(jī)和激光唱片的特性，信號(hào)周期與唱片上的凹坑或凸點(diǎn)的長(zhǎng)度有關(guān)，同時(shí)也與信號(hào)處理器的時(shí)鐘頻率有關(guān)。信號(hào)的最短周期對(duì)應(yīng)唱片上最短的凹坑或凸點(diǎn)的長(zhǎng)度，等于時(shí)鐘周期的三倍（時(shí)鐘頻率為4.3218MHz）。相加放大器的輸出信號(hào)，經(jīng)電容C耦合，分別送往EFM比較器

16、、FOK放大器和鏡式放大器。 第4章激光唱機(jī)（5）EFM比較器。相加放大器輸出的射頻信號(hào)，一路經(jīng)EFM比較器進(jìn)行放大，轉(zhuǎn)換成前后沿陡峭的方波信號(hào)輸出。方波信號(hào)的波形是否規(guī)范直接影響后級(jí)電路的工作狀態(tài)，因?yàn)榉讲ㄐ盘?hào)的前后沿正是代表了數(shù)據(jù)流中的數(shù)字1。在CD唱片制作過程中，CD母片的“鑄?！庇捎谶B續(xù)壓制會(huì)出現(xiàn)磨損，使得唱片的凹坑或凸點(diǎn)的邊緣失去明顯界限，CD機(jī)識(shí)別凹坑的起始點(diǎn)位置產(chǎn)生較大偏差，影響了數(shù)字1的有效檢出。為此，EFM比較器通常有兩路輸入信號(hào)，即射頻信號(hào)和ASY（不對(duì)稱）電壓，ASY電壓是通過方波射頻信號(hào)與解碼器中鎖相環(huán)的時(shí)鐘信號(hào)相比較，再經(jīng)過濾波后產(chǎn)生的，所以ASY信號(hào)與EFM的時(shí)基保

17、持嚴(yán)格同步，可以確保數(shù)據(jù)1在準(zhǔn)確位置被檢出。 第4章激光唱機(jī)（6）FOK（聚焦確認(rèn)）放大器。相加放大器輸出的另一路射頻信號(hào)送FOK放大器。CD唱片插入唱機(jī)時(shí)，聚焦伺服系統(tǒng)首先驅(qū)動(dòng)物鏡完成聚焦動(dòng)作，使射頻信號(hào)輸出最大，經(jīng)FOK放大器放大，輸出一個(gè)高電平的FOK信號(hào)，該信號(hào)再送往與聚焦有關(guān)的電路，使聚焦伺服系統(tǒng)處于閉環(huán)受控狀態(tài)。在多數(shù)CD唱機(jī)中，F(xiàn)OK信號(hào)同時(shí)作為唱片已經(jīng)插入，要求控制電路做好放唱準(zhǔn)備的標(biāo)志。 第4章激光唱機(jī)（7）鏡式（循跡搜索）放大器。相加放大器輸出的射頻信號(hào)，第三路送鏡式放大器產(chǎn)生鏡式信號(hào)?？刂齐娐芬罁?jù)鏡式信號(hào)識(shí)別激光束的循跡是否正確。當(dāng)鏡式信號(hào)為低電平時(shí)，表示激光束正確循跡；

18、當(dāng)鏡式信號(hào)為高電平時(shí)，表示激光束循跡存在偏差。如果鏡式信號(hào)保持高電平的時(shí)間超過規(guī)定值，控制電路將會(huì)輸出觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)循跡伺服系統(tǒng)糾正循跡偏差，直至鏡式信號(hào)保持低電平為止。另外，唱機(jī)執(zhí)行自動(dòng)選曲操作時(shí)，也要用到鏡式信號(hào)。在RF放大電路后面通常還有失落檢測(cè)器，其作用是檢測(cè)RF信號(hào)中的信號(hào)失落，穩(wěn)定循跡伺服，防止失落影響，并將檢測(cè)信號(hào)提供給數(shù)據(jù)切塊電路進(jìn)行處理，以免出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)位。在RF放大電路后面還有離軌檢測(cè)器，其作用是當(dāng)CD唱機(jī)在搜索、跳越狀態(tài)時(shí)，循跡伺服電路關(guān)閉，CPU則通過離軌檢測(cè)信號(hào)確定激光頭的位置。 第4章激光唱機(jī)3.伺服控制系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)1）伺服控制系統(tǒng)的作用與組成CD機(jī)中包含各種伺服

19、系統(tǒng)，以便使激光束準(zhǔn)確聚焦在唱片表面上，同時(shí)能使激光束在唱片表面正確循跡。CD機(jī)的機(jī)械操作系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、光學(xué)裝置、加載/去加載機(jī)構(gòu)以及能使物鏡作垂直和水平移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)線圈構(gòu)成。 CD機(jī)通常有3只電機(jī)作為機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力源，分別是托盤電機(jī)(TrayMotor)，又稱裝載電機(jī)，負(fù)責(zé)帶動(dòng)CD托盤和CD唱片壓片機(jī)構(gòu)動(dòng)作；徑向給進(jìn)電機(jī)(FeedMotor)，負(fù)責(zé)帶動(dòng)激光頭作徑向移動(dòng)；主軸電機(jī)(DiscMotor)，又稱唱盤電機(jī)，負(fù)責(zé)帶動(dòng)CD唱片旋轉(zhuǎn)。 第4章激光唱機(jī)CD唱片裝載機(jī)構(gòu)是控制CD唱片托盤進(jìn)出機(jī)器的裝置。為了檢測(cè)CD托盤的位置以及托盤移動(dòng)是否到位，以便關(guān)閉或接通托盤電機(jī)，在CD機(jī)中設(shè)有

20、位置檢測(cè)開關(guān)。主軸電機(jī)系統(tǒng)帶動(dòng)CD唱片作恒線速旋轉(zhuǎn)。CD唱片壓片機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由托盤電機(jī)提供。CD唱片裝入唱機(jī)后，被壓片機(jī)構(gòu)卡牢，這一動(dòng)作由主軸電機(jī)機(jī)構(gòu)整體作向上移動(dòng)完成，退片時(shí)該機(jī)構(gòu)向下移動(dòng)，松開CD唱片。通常設(shè)一位置開關(guān)（U/DSW）檢測(cè)壓片動(dòng)作完成情況，確保正確執(zhí)行了壓片動(dòng)作后，主軸電機(jī)才可以轉(zhuǎn)動(dòng)。 第4章激光唱機(jī)激光頭徑向移動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力由徑向進(jìn)給電機(jī)提供。在CD唱片旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，徑向移動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)激光頭作徑向移動(dòng)。在伺服系統(tǒng)的控制下，激光束始終照射在唱片的信號(hào)軌跡上，讀取信息，執(zhí)行重放、選曲或搜索操作。徑向移動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒條型、絲杠型和線性電機(jī)型。該系統(tǒng)也設(shè)有位置檢測(cè)開關(guān)，相對(duì)于唱片的最

21、內(nèi)圈位置為起始限位開關(guān)，最外圈位置開關(guān)可有可無(wú)。CPU根據(jù)激光頭位置檢測(cè)開關(guān)的狀態(tài)，啟動(dòng)CD機(jī)激光頭工作、啟動(dòng)或關(guān)閉激光頭徑向進(jìn)給電機(jī)的動(dòng)作。 第4章激光唱機(jī)為確保激光束能準(zhǔn)確跟蹤唱片軌跡并成像在光電檢測(cè)器上，按規(guī)定的速率讀出數(shù)據(jù)，在激光唱機(jī)中，通常應(yīng)具有以下四種獨(dú)立的伺服系統(tǒng)：聚焦伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)物鏡垂直移動(dòng)，使激光束在唱片的放音面上保持良好聚焦。循跡伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)物鏡橫向移動(dòng)，使激光束始終沿著信息軌跡掃描。進(jìn)給伺服系統(tǒng)又稱滑動(dòng)伺服系統(tǒng)，與循跡伺服系統(tǒng)共同作用，使激光束精確跟蹤信息軌跡；另外執(zhí)行選曲操作時(shí)，可使激光頭沿徑向快速移動(dòng)到指定位置。主軸伺服系統(tǒng)依據(jù)激光束所處的不同位置，改變主軸的旋轉(zhuǎn)速度

22、，確保唱片以恒線速度旋轉(zhuǎn)，使激光頭在單位時(shí)間內(nèi)拾取相同的信息量。 第4章激光唱機(jī)2）伺服控制系統(tǒng)的工作原理（1）聚焦伺服系統(tǒng)。聚焦伺服系統(tǒng)的工作過程：放大聚焦誤差信號(hào)，放大后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)聚焦線圈，聚焦線圈套在物鏡上帶動(dòng)物鏡作垂直移動(dòng)，保持激光束在唱片的放音面上精確聚焦。聚焦伺服系統(tǒng)的控制原理如圖48所示。 第4章激光唱機(jī)圖48聚焦伺服系統(tǒng)控制原理框圖 第4章激光唱機(jī)圖中系統(tǒng)控制電路控制聚焦伺服系統(tǒng)各電路協(xié)調(diào)工作。剛開機(jī)時(shí)，激光頭大多不在聚焦誤差S曲線跟蹤范圍之內(nèi)，所以必須執(zhí)行聚焦搜索動(dòng)作，使激光頭物鏡在垂直方向作大幅度上下移動(dòng)，找到焦點(diǎn)，使物鏡進(jìn)入聚焦伺服可以控制的范圍。執(zhí)行聚焦搜索時(shí)，系統(tǒng)控制

23、先斷開聚焦伺服環(huán)路，由系統(tǒng)控制向聚焦驅(qū)動(dòng)電路輸入鋸齒波搜索驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)物鏡作上下3次搜索動(dòng)作。若唱機(jī)正常，物鏡動(dòng)作一次即可完成搜索。找到焦點(diǎn)后，再接通伺服環(huán)路。聚焦搜索的另一作用是判斷機(jī)內(nèi)是否裝入了唱片。第4章激光唱機(jī)當(dāng)唱片和物鏡之間的距離接近焦距，F(xiàn)OK檢測(cè)電路輸出高電平，聚焦搜索停止，接通聚焦伺服環(huán)路開關(guān)，使系統(tǒng)進(jìn)入聚焦跟蹤狀態(tài)。此時(shí)，聚焦誤差檢測(cè)電路檢測(cè)出聚焦誤差信號(hào)，經(jīng)放大、相位補(bǔ)償、聚焦驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)聚焦線圈帶動(dòng)物鏡作垂直方向上下移動(dòng)，始終跟蹤唱片，實(shí)現(xiàn)聚焦伺服控制。 第4章激光唱機(jī)（2）循跡伺服系統(tǒng)。循跡伺服系統(tǒng)的工作過程：放大循跡誤差信號(hào)，放大后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)循跡線圈，循跡線圈也套

24、在物鏡上帶動(dòng)物鏡作水平移動(dòng)，保持激光束在唱片的放音面上始終對(duì)準(zhǔn)信息軌跡的中心。循跡伺服系統(tǒng)的控制原理如圖49所示。當(dāng)激光束偏離信號(hào)軌跡時(shí)，循跡誤差信號(hào)檢測(cè)器根據(jù)偏離方向可以獲取不同極性的誤差信號(hào)，經(jīng)相位補(bǔ)償、驅(qū)動(dòng)放大后輸出到循跡線圈，控制物鏡作徑向移動(dòng)，修正激光束的位置偏差，達(dá)到循跡伺服目的。 第4章激光唱機(jī)圖49循跡伺服控制系統(tǒng)原理框圖第4章激光唱機(jī)（3）進(jìn)給伺服系統(tǒng)。徑向進(jìn)給伺服是通過徑向進(jìn)給電機(jī)控制整個(gè)激光頭在唱片有效工作區(qū)內(nèi)作徑向移動(dòng)，屬于循跡粗伺服。而循跡伺服是通過光頭內(nèi)的循跡線圈控制物鏡在激光頭這個(gè)小范圍內(nèi)作徑向移動(dòng)，跟蹤唱片軌跡，屬于循跡細(xì)伺服。唱片正常重放時(shí)，激光頭物鏡沿螺旋狀

25、音軌進(jìn)行順次掃描，進(jìn)給伺服控制激光頭所做的徑向移動(dòng)是間歇式的，在激光頭停止不動(dòng)的情況下，物鏡仍可以在一定范圍內(nèi)對(duì)唱片軌跡加以跟蹤。隨著重放的進(jìn)行，物鏡在循跡伺服的作用下偏離光頭機(jī)械中心，向唱片外側(cè)移動(dòng)繼續(xù)跟蹤唱片軌跡，循跡誤差信號(hào)逐漸增大。當(dāng)物鏡不能繼續(xù)向外側(cè)移動(dòng)跟蹤軌跡時(shí)，循跡誤差信號(hào)也逐漸增大到某一門限電平，徑向進(jìn)給電機(jī)被啟動(dòng)，推動(dòng)整個(gè)激光頭向唱片外側(cè)移動(dòng)一步，然后光頭再次停下，物鏡重新回到循跡調(diào)節(jié)器的機(jī)械中心，循跡誤差信號(hào)逐漸減小，進(jìn)給電機(jī)停止工作，由物鏡完成循跡細(xì)伺服。 第4章激光唱機(jī)選曲時(shí)，系統(tǒng)控制電路首先斷開進(jìn)給伺服回路，進(jìn)給電機(jī)被加上一定的正或負(fù)電壓，使激光頭快速地從內(nèi)圈移至外圈

26、或相反。激光頭移動(dòng)的距離是通過計(jì)算以1.6m為周期的循跡誤差信號(hào)的周期數(shù)而確定的。通常，激光頭一次移動(dòng)很難達(dá)到目標(biāo)位置，在第一次移動(dòng)后，必須使循跡伺服系統(tǒng)工作，重放信號(hào)，計(jì)算出與目標(biāo)位置的偏移量，進(jìn)行正向或反向的移動(dòng)修正，完成選曲過程。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制原理如圖410所示。 第4章激光唱機(jī)圖410進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制原理框圖 第4章激光唱機(jī)（4）主軸伺服系統(tǒng)。主軸伺服的目的，就是使激光頭在單位時(shí)間內(nèi)拾取的信息量為一恒定值。光盤在刻錄時(shí)，是以恒定線速度（CLV）刻錄信息坑點(diǎn)的，激光頭在讀取光盤信息時(shí)，也應(yīng)該勻速讀取坑點(diǎn)信息。由于光盤信息軌跡的半徑各不相同，要保持恒線速度旋轉(zhuǎn)，主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)隨光盤半

27、徑增大而變慢。主軸伺服系統(tǒng)控制原理框圖如圖411所示。 第4章激光唱機(jī)圖411主軸伺服系統(tǒng)控制原理框圖 第4章激光唱機(jī)激光頭在讀取唱片內(nèi)圈信息時(shí)，唱片轉(zhuǎn)得快些，約為500rmin；激光頭從內(nèi)圈向外圈移動(dòng)時(shí)，CD唱片的轉(zhuǎn)速應(yīng)逐漸降低，一般由500r/mim減至200r/min，約有2.5倍的變化。由此可見，要保證CD唱片的恒線速度，驅(qū)動(dòng)唱盤的主軸電機(jī)必須作變速運(yùn)動(dòng)，始終保持光頭與被讀取軌跡的相對(duì)速度為1.25m/s。 第4章激光唱機(jī)主軸伺服原理是先從EFM信號(hào)中，經(jīng)幀同步檢測(cè)電路取出幀同步脈沖，主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速正常時(shí)，幀同步脈沖頻率為7.35kHz（EFM信號(hào)數(shù)據(jù)頻率為4.3218MHz，一個(gè)信息幀

28、由588位數(shù)據(jù)組成，則幀同步脈沖頻率為4.3218MHz588=7.35kHz）。當(dāng)主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)過快或過慢時(shí)，從EFM信號(hào)中取出的幀同步脈沖頻率將大于或小于7.35kHz。此時(shí)讀出的幀同步脈沖頻率與機(jī)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的7.35kHz信號(hào)同時(shí)送至相位比較器，進(jìn)行頻率、相位比較。比較結(jié)果送伺服控制電路，產(chǎn)生主軸伺服誤差信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后，改變主軸電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，使幀同步脈沖頻率自動(dòng)鎖定在7.35kHz，以避免由此而引起的圖像抖動(dòng)和彩色閃爍。 第4章激光唱機(jī)4.數(shù)字信號(hào)處理（數(shù)字信號(hào)處理（DSP）電路）電路1）DSP電路的作用與組成DSP電路的主要功能是把模擬信號(hào)形式的RF信號(hào)進(jìn)一步整形成數(shù)字EFM信號(hào)，并進(jìn)

29、行EFM信號(hào)解調(diào)，再經(jīng)過糾錯(cuò)、去交織等處理，輸出音頻數(shù)據(jù)至D/A變換器；同時(shí)分離出子碼數(shù)據(jù)，送CPU進(jìn)行系統(tǒng)控制和顯示。EFM解調(diào)與數(shù)字信號(hào)處理電路原理框圖如圖412所示。第4章激光唱機(jī)圖412EFM解調(diào)與數(shù)字信號(hào)處理電路原理框圖 第4章激光唱機(jī)2）DSP電路的工作原理射頻放大器輸出EFM信號(hào)送數(shù)字信號(hào)處理電路，對(duì)VCO進(jìn)行鎖相，使壓控振蕩器VCO的輸出信號(hào)頻率為8.6436MHz，經(jīng)二分頻電路產(chǎn)生4.3218MHz的位時(shí)鐘信號(hào)；同時(shí)，EFM信號(hào)經(jīng)閉鎖/邊沿檢波器送23位移位寄存器。寄存器的輸出分兩路，一路送幀同步檢波器，取出幀同步信號(hào)，送主軸伺服電路，控制主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速；另一路送EFM解調(diào)器

30、進(jìn)行解調(diào)，將每個(gè)14位數(shù)據(jù)恢復(fù)為對(duì)應(yīng)的8位數(shù)據(jù)，同時(shí)將其中的耦合位去掉，再除去其中的控制字和糾錯(cuò)字，將剩下的數(shù)據(jù)兩兩配對(duì)成16位PCM數(shù)據(jù)。 第4章激光唱機(jī)經(jīng)EFM解調(diào)后的PCM數(shù)據(jù)信號(hào)，一般要先寫入RAM，然后從RAM中讀出，再送回信號(hào)處理電路。由于經(jīng)RAM重新讀出的數(shù)據(jù)，受晶體振蕩器產(chǎn)生的位時(shí)鐘脈沖控制，從而消除了唱機(jī)轉(zhuǎn)速變化及其抖晃對(duì)數(shù)據(jù)讀出的影響。由RAM重新讀出的PCM數(shù)據(jù)，經(jīng)過CIRC糾錯(cuò)、補(bǔ)償、去交織等運(yùn)算處理后，以串行方式輸出串行數(shù)據(jù)到數(shù)字濾波器和D/A變換器，還原出原始模擬音頻信號(hào)。子碼解碼器用于從數(shù)據(jù)流中檢測(cè)出8位控制數(shù)據(jù)信息，將這些控制信息送微處理器，進(jìn)行系統(tǒng)控制和顯示。

31、第4章激光唱機(jī)5.數(shù)字濾波器和數(shù)字濾波器和D/A變換器變換器1）數(shù)字濾波器和D/A變換器的作用數(shù)字濾波器的主要作用是提高音頻信號(hào)的信噪比，D/A變換器的作用是將DSP電路輸出的數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)。第4章激光唱機(jī)2）數(shù)字濾波器和）數(shù)字濾波器和D/A變換器的工作原理變換器的工作原理D/A變換器在將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)的過程中，會(huì)產(chǎn)生量化噪聲和重疊噪聲，降低了音頻信號(hào)的信噪比。數(shù)字濾波器采用過量取樣技術(shù)，即通過內(nèi)插方式使取樣頻率倍增，可以有效降低量化噪聲和重疊噪聲，改善濾波效果，提高音頻信號(hào)的信噪比。 第4章激光唱機(jī)D/A變換器把DSP電路輸出的音頻數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，

32、通常有兩種方式：（1）采用數(shù)字信號(hào)直接控制模擬電子開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，通過開關(guān)切換權(quán)電流或權(quán)電阻。例如將16位數(shù)字信號(hào)送入由16位電子開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成的D/A變換器，對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)為1的電子開關(guān)將閉合，將所有對(duì)應(yīng)于數(shù)字1的支路電流相加，再經(jīng)過電流電壓變換，就可獲得一個(gè)與該數(shù)字信號(hào)所含1的個(gè)數(shù)成正比的模擬電壓值。當(dāng)連續(xù)不斷的數(shù)字信號(hào)輸入D/A變換器，便能獲得原始模擬信號(hào)。常用模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的位數(shù)有16位、18位、20位、24位之分。位數(shù)越多，則D/A變換的精度越高，信號(hào)還原越準(zhǔn)確，信噪比越高，音質(zhì)、音色的保真度越好。（2）利用脈沖寬度調(diào)制器（PWM）將16bit的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成比特流，即轉(zhuǎn)換成脈寬與之?dāng)?shù)據(jù)大小相對(duì)

33、應(yīng)的脈沖串，再通過低通濾波器將脈沖串積分成與之大小相對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)。 第4章激光唱機(jī)6.控制與顯示系統(tǒng)控制與顯示系統(tǒng)1）控制與顯示系統(tǒng)的作用CD機(jī)的控制系統(tǒng)是整機(jī)的指揮中樞，如圖413所示?？刂葡到y(tǒng)的核心是微處理器，其內(nèi)部固化了系統(tǒng)軟件程序、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口等。微處理器的輸入信號(hào)來(lái)自各功能操作按鍵、遙控器、狀態(tài)檢測(cè)傳感器、各限位開關(guān)所產(chǎn)生的操作信息。微處理器根據(jù)這些信息與CD機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行判斷和運(yùn)算，產(chǎn)生各種控制指令，輸出到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)將有關(guān)信息通過顯示器顯示出來(lái)。第4章激光唱機(jī)圖413CD機(jī)的控制系統(tǒng)框圖 第4章激光唱機(jī)2）控制與顯示系統(tǒng)的組成與工作原理控制系統(tǒng)由電路控制

34、和機(jī)械控制兩部分組成。電路控制包括：按鍵、遙控器、各種開關(guān)檢測(cè)等信息的輸入、各伺服電路控制、數(shù)字信號(hào)處理電路控制、各種信息的顯示控制、音頻電路（如靜噪、去加重）控制等。機(jī)械控制包括：出入盤機(jī)構(gòu)的控制、進(jìn)給機(jī)構(gòu)的控制等。 第4章激光唱機(jī)微處理器輸出各種狀態(tài)信息，驅(qū)動(dòng)多功能顯示屏，可以顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。目前CD機(jī)普遍采用液晶顯示或熒光屏顯示方式。由于液晶本身不發(fā)光，所以液晶顯示需借助其它發(fā)光體作為背景光源；熒光顯示是一種真空管式結(jié)構(gòu)，顯示器中的每個(gè)字符為一個(gè)顯示單元，顯示單元中的字符筆劃由金屬片組成，金屬片上涂以熒光粉，并作為真空管的陽(yáng)極。顯示器的多個(gè)單元共用一個(gè)陰極，通過燈絲給陰極加熱，使陰極

35、發(fā)射電子，電子發(fā)射到陽(yáng)極使陽(yáng)極發(fā)光，顯示出相應(yīng)字符。柵極電壓相對(duì)陰極為負(fù)，可以控制電子飛向陽(yáng)極，每個(gè)顯示單元的柵極連接在一起。為了顯示多種字符，顯示屏通常由多個(gè)顯示單元構(gòu)成，微處理器通過對(duì)這些柵極進(jìn)行快速掃描，實(shí)現(xiàn)多字符顯示。 第4章激光唱機(jī)7.電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)1）CD機(jī)電源系統(tǒng)的作用CD機(jī)的電源系統(tǒng)為數(shù)字處理電路、各種伺服電路、模擬信號(hào)放大電路、電機(jī)及顯示電路等提供所需的各種電源，其中包括：供CPU及小信號(hào)處理電路（LD、RF放大、DSP、數(shù)字濾波器）的5V穩(wěn)壓電源，供驅(qū)動(dòng)電機(jī)及音頻放大電路的8V非穩(wěn)壓電源，供多功能顯示屏燈絲的1.5V交流電源和直流30V的屏柵電源等。 第4章激光唱機(jī)2）C

36、D機(jī)電源系統(tǒng)的組成與工作原理CD機(jī)的電源系統(tǒng)主要有串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩種電路形式。串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等部分組成?；痉€(wěn)壓原理是由取樣電路檢測(cè)輸出電壓的變化，通過反饋的方式控制調(diào)整管的導(dǎo)通狀態(tài)，使輸出電壓基本保持不變。串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖414所示。 第4章激光唱機(jī)圖414串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖 第4章激光唱機(jī)開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心是一個(gè)DC/DC變換器，基本穩(wěn)壓原理是由取樣電路檢測(cè)輸出電壓的變化，通過反饋的方式改變開關(guān)脈沖的占空比或頻率，使輸出電壓基本保持不變；另外通過改變開關(guān)變壓器的匝數(shù)比可獲得不同的直流電壓。開關(guān)電源的結(jié)

37、構(gòu)框圖如圖415所示。 第4章激光唱機(jī)圖415開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖 第4章激光唱機(jī)8.CD機(jī)實(shí)用電路分析機(jī)實(shí)用電路分析采用Sony方案的CD機(jī)主電路框圖如圖416所示。主要電路由以下四塊集成電路組成：D110：RF信號(hào)處理電路CXA1821M。D109：數(shù)字信號(hào)處理與數(shù)字伺服處理電路CXD2545Q。D105：聚焦、循跡、進(jìn)給和主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路BA6392FP。D111：加載電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路BA6209A。 第4章激光唱機(jī)圖416Sony方案的CD機(jī)主電路框圖 第4章激光唱機(jī)該電路工作時(shí)，激光頭將唱片反射回來(lái)的激光信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻電信號(hào)，送RF信號(hào)處理電路D110，該高頻信號(hào)經(jīng)D110放大、整形等處理

38、，輸出EFM信號(hào)送數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字伺服處理電路D109。D109的輸出信號(hào)分兩路，一路為聚焦誤差、循跡誤差等伺服信號(hào)，送D105進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大后，分別實(shí)施對(duì)聚焦線圈、循跡線圈、進(jìn)給電機(jī)、主軸電機(jī)的伺服控制；另一路為數(shù)據(jù)信號(hào)，包括串行數(shù)據(jù)（DATA）、位時(shí)鐘（BCK）、左右聲道信號(hào)（LRCK）等，該路信號(hào)送解碼電路，還原模擬音頻信號(hào)。 第4章激光唱機(jī)復(fù)位時(shí)鐘和數(shù)據(jù)通信電路如圖417所示。接通電源瞬間，復(fù)位脈沖對(duì)微處理器進(jìn)行復(fù)位，同時(shí)輸出復(fù)位脈沖送D109的81腳，D109完成復(fù)位后，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。圖417復(fù)位時(shí)鐘和數(shù)據(jù)通信電路 第4章激光唱機(jī)圖418托盤進(jìn)/出控制電路 第4章激光唱機(jī)當(dāng)微

39、處理器收到閉倉(cāng)（CLOSE）指令時(shí)，從D111的3腳輸入加載信號(hào)，經(jīng)D111放大后，由7、8腳輸出驅(qū)動(dòng)電流，使加載電機(jī)正轉(zhuǎn)，將托盤水平移動(dòng)至機(jī)內(nèi)播放位置。托盤到位后，位置開關(guān)S1閉合，將托盤進(jìn)倉(cāng)到位的信息輸入微處理器，微處理器輸出信號(hào)控制加載電機(jī)停轉(zhuǎn)，完成托盤進(jìn)倉(cāng)動(dòng)作。當(dāng)微處理器收到開倉(cāng)（OPEN）指令時(shí)，微處理器向D111的2腳輸出卸載信號(hào)，經(jīng)D111放大后，由7、8腳輸出反向驅(qū)動(dòng)電流，使加載電機(jī)反轉(zhuǎn)，將托盤水平外移至機(jī)外固定位置。托盤到位后，位置開關(guān)S2閉合，將托盤出倉(cāng)到位的信息輸入微處理器，微處理器輸出信號(hào)控制加載電機(jī)停轉(zhuǎn)，完成托盤出倉(cāng)動(dòng)作。 第4章激光唱機(jī)圖419激光頭組件控制電路 第

40、4章激光唱機(jī)CD機(jī)加電后，激光頭被復(fù)位，微處理器輸出激光二極管工作指令（LDON），并送D110的19腳，D110的1腳被置于低電平，三極管V103導(dǎo)通，為激光二極管LD提供驅(qū)動(dòng)電流，激光二極管發(fā)射激光。當(dāng)激光強(qiáng)度過強(qiáng)或過弱時(shí)，激光檢測(cè)二極管PD將激光強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送APC電路，經(jīng)APC電路運(yùn)算放大后，通過改變D110的1腳電壓，控制V103的導(dǎo)通狀態(tài)，改變LD的發(fā)光強(qiáng)度，達(dá)到自動(dòng)控制LD發(fā)光功率的目的。圖中電位器用于設(shè)置PD的偏置電壓，調(diào)整電位器可設(shè)置LD發(fā)射的初始激光功率。 第4章激光唱機(jī)索尼機(jī)芯激光頭采用6分光敏接收器，如圖417所示。其中光敏管A、B、C、D用于接收主激光束，產(chǎn)生聚焦

41、誤差信號(hào)與RF信號(hào)；兩個(gè)邊緣光敏管E、F接收輔助激光束，產(chǎn)生循跡誤差信號(hào)。若物鏡聚焦良好，主激光束照在A、B、C、D上的是一個(gè)正圓，如圖420（a）所示，各光敏管接收相等光通量，則(A+C)-(B+D)0，此時(shí)無(wú)聚焦誤差信號(hào)輸出。當(dāng)物鏡聚焦不良時(shí)，照在A、B、C、D上的是一個(gè)橫向或豎向橢圓，如圖420（b），（c）所示，此時(shí)在A、B和C、D上的光通量不等，即(A+C)-(B+D)0，此信號(hào)即為聚焦誤差信號(hào)。 第4章激光唱機(jī)圖420激光頭6分光敏接收器 第4章激光唱機(jī)如圖419所示，將聚焦誤差信號(hào)送D109進(jìn)行數(shù)字處理，由D109的8、9腳輸出聚焦伺服PWM信號(hào)，經(jīng)D105進(jìn)行聚焦驅(qū)動(dòng)放大，由D

42、105的1、2腳輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，接入聚焦線圈，聚焦線圈帶動(dòng)物鏡進(jìn)行垂直移動(dòng)，保持最佳聚焦?fàn)顟B(tài)。光敏二極管E、F為循跡伺服提供誤差信號(hào)，激光頭的兩束輔助光束經(jīng)唱片反射后照射在E、F上。當(dāng)激光束循跡正確時(shí)，E、F上的光信號(hào)強(qiáng)度相等，E-F=0，無(wú)循跡誤差信號(hào)產(chǎn)生；當(dāng)激光束循跡發(fā)生偏離時(shí)，E、F上的光信號(hào)強(qiáng)度不相等，E-F0，此信號(hào)即為循跡誤差信號(hào)。將該信號(hào)送D109進(jìn)行數(shù)字處理，由D109的4、6腳輸出循跡伺服PWM信號(hào)，經(jīng)D105進(jìn)行循跡驅(qū)動(dòng)放大，由D105的12、13腳輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，接入循跡線圈，循跡線圈帶動(dòng)物鏡進(jìn)行水平微動(dòng)，保持最佳循跡狀態(tài)。 第4章激光唱機(jī)進(jìn)給誤差信號(hào)也由光敏接收器E、F產(chǎn)生

43、。將循跡誤差信號(hào)經(jīng)低通濾波器取出低頻成分，形成進(jìn)給誤差信號(hào)。將該信號(hào)送D109進(jìn)行數(shù)字處理，由D109的2、100腳輸出進(jìn)給伺服PWM信號(hào)，經(jīng)D105進(jìn)行進(jìn)給驅(qū)動(dòng)放大，由D105的16、17腳輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)激光頭作步進(jìn)水平位移，但位移量不可超出循跡伺服控制范圍。由D110輸出的RF信號(hào)送D109進(jìn)行數(shù)字處理，由D109的96腳輸出主軸伺服PWM信號(hào)，經(jīng)D105進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，由D105的26、27腳輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于采用了PLL鎖相環(huán)電路，主軸驅(qū)動(dòng)信號(hào)與位時(shí)鐘頻率保持嚴(yán)格同頻同相，使主軸電機(jī)保持恒線速度轉(zhuǎn)動(dòng)。 第4章激光唱機(jī)4.2CD機(jī)相關(guān)知識(shí)機(jī)相關(guān)知識(shí)

44、4.2.1CD光盤的結(jié)構(gòu)光盤的結(jié)構(gòu)CD光盤是一種高精度的信息存儲(chǔ)載體，常用的CD光盤有8cm和12cm兩種。圖424所示為12cmCD光盤的結(jié)構(gòu)示意圖。 第4章激光唱機(jī)圖42412cmCD光盤的結(jié)構(gòu)示意圖 第4章激光唱機(jī)由圖424可見，CD光盤的標(biāo)準(zhǔn)直徑為12cm，光盤中央的中心孔直徑為15mm，在刻錄與播放時(shí)用于定位光盤；在中心孔之外2636mm之間為夾持光盤區(qū)，用于固定光盤；4650mm之間為導(dǎo)入?yún)^(qū)；50116mm之間為信息區(qū)，是用戶所需的主要數(shù)據(jù)信息區(qū)；116117mm之間為導(dǎo)出區(qū)；117120mm之間為光盤的邊沿區(qū)。由光盤的剖面圖看，光盤分為三層：一層為透明光盤基板，一般多用聚氯乙烯(

45、PVC)、丙烯基(PMMA)或聚碳酸脂(PC)等構(gòu)成，其中聚碳酸脂作為制造CD光盤的基本材料，具有耐熱、耐濕及良好的成型性能；中間層為氧化鋁反射涂層，用金屬薄膜鋁采用蒸鍍方法形成；在反射層上面是保護(hù)層，一般由硬樹脂制成。在保護(hù)層上面為標(biāo)簽面。光盤重量控制在1433g之間。 第4章激光唱機(jī)4.2.2CD光盤信號(hào)的記錄光盤信號(hào)的記錄1.CD光盤信號(hào)的記錄過程光盤信號(hào)的記錄過程CD光盤信號(hào)的記錄過程如圖425所示。雙聲道音頻信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾除20kHz以上的噪聲信號(hào)，經(jīng)A/D變換器分別將L、R雙聲道音頻信號(hào)變?yōu)?路16bit的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)多工編輯器1，按照一定的規(guī)律將2路信號(hào)合并為1路數(shù)字碼流信

46、號(hào)，多工編輯器1的工作狀態(tài)受聲道時(shí)鐘脈沖控制。串行數(shù)字碼流信號(hào)經(jīng)糾錯(cuò)編碼器將16bit的串行數(shù)字碼流分為高8bit和低8bit的2個(gè)字長(zhǎng)數(shù)據(jù)字，再將每個(gè)8bit數(shù)據(jù)字的排列順序打亂，按照特定算法重新排序，稱為交織處理。然后在每12個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)(1字節(jié)8bit)之后插入4個(gè)字節(jié)的CIRC糾錯(cuò)碼，經(jīng)多工編輯器2將代表字符顯示等信息的控制碼（稱為子碼）加到數(shù)據(jù)碼流的特定位置，再將8bit的串行數(shù)據(jù)碼流依據(jù)特定規(guī)則擴(kuò)展為14bit，稱為EFM調(diào)制。還需經(jīng)多工編輯器3加入24bit的幀同步碼，最后再以激光刻蝕的方式將數(shù)字碼流信息記錄在光盤上，光盤上記錄的數(shù)字信息呈坑點(diǎn)狀態(tài)。 第4章激光唱機(jī)圖425CD光盤

47、信號(hào)的記錄過程 第4章激光唱機(jī)2.CD光盤信號(hào)處理技術(shù)光盤信號(hào)處理技術(shù)1）音頻信號(hào)脈沖編碼調(diào)制技術(shù)數(shù)字音頻信息記錄在CD光盤上，采用的是脈沖編碼調(diào)制（PulseCodeModulation）方式，即PCM方式。PCM方式包括取樣、量化和編碼三個(gè)基本環(huán)節(jié)。音頻信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后，由取樣、量化、編碼三個(gè)環(huán)節(jié)完成PCM調(diào)制，實(shí)現(xiàn)AD變換。形成的PCM數(shù)字信號(hào)再經(jīng)糾錯(cuò)編碼和調(diào)制后，錄制在CD光盤上。放音時(shí)，從CD光盤上取出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)解調(diào)、去交織等處理，恢復(fù)為PCM數(shù)字信號(hào)，再由DA變換器和低通濾波器還原成模擬音頻信號(hào)。需要指出，上述數(shù)字信號(hào)處理過程必須在同步信號(hào)的嚴(yán)格控制下才能進(jìn)行。 第4章激光

48、唱機(jī)（1）取樣。對(duì)振幅隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)波形按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行抽樣，形成在時(shí)間上不連續(xù)的脈沖序列，稱之為取樣。這個(gè)時(shí)間間隔稱為取樣周期，其倒數(shù)即每秒的取樣次數(shù)，稱為取樣頻率。根據(jù)奈奎斯特（Nyguist）取樣定理，如果取樣頻率大于模擬信號(hào)上限頻率的2倍，就不會(huì)在取樣中丟失信息，可以使頻帶內(nèi)的全部信息得到真實(shí)的復(fù)原。音頻信號(hào)的頻率上限為20kHz，則取樣頻率應(yīng)為40kHz。為了避免重疊效應(yīng)，CD光盤數(shù)字信號(hào)的取樣頻率為44.1kHz。 第4章激光唱機(jī)當(dāng)取樣頻率與被取樣信號(hào)頻率較為接近，如20kHz以上的頻率成分進(jìn)入模/數(shù)變換器時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生屬于音頻范圍的重疊頻率，很有可能引起重疊效應(yīng)。所以

49、，音頻信號(hào)在進(jìn)行模數(shù)變換前，要先經(jīng)過一個(gè)低通濾波器，濾除20kHz以上的頻率成分，使重疊效應(yīng)減少到最低限度。 第4章激光唱機(jī)（2）量化。將模擬信號(hào)的幅度動(dòng)態(tài)范圍劃分為相等間隔的若干等級(jí)，把取樣輸出的信號(hào)電平按照四舍五入的原則歸入最靠近的量值等級(jí)，稱之為量化。顯然，實(shí)際取樣值和歸入的量值是有差別的，稱為量化誤差。劃分的等級(jí)愈多，量化誤差就愈小。在CD光盤數(shù)字信號(hào)編碼中，量化等級(jí)為21665536級(jí)。（3）編碼。把取樣、量化所得的量值變換為二進(jìn)制數(shù)碼的過程稱為編碼。在CD光盤數(shù)字信號(hào)編碼中，通常采用16bit（位）二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)量值，即量化位數(shù)為16bit。經(jīng)上述取樣、量化和編碼后所得到的數(shù)字信

50、號(hào)稱為PCM編碼信號(hào)或PCM數(shù)字信號(hào)。 第4章激光唱機(jī)2）糾錯(cuò)編碼技術(shù)在CD光盤的制作或使用過程中，當(dāng)由于某種原因使光盤表面產(chǎn)生了劃痕或出現(xiàn)了臟物時(shí)，都有可能使光盤上讀出的數(shù)據(jù)與原來(lái)所記錄的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差，使重放聲音出現(xiàn)失真。因此，必須采取糾正誤碼的措施。CD機(jī)糾錯(cuò)的基本思路是將附加數(shù)據(jù)（如奇偶校驗(yàn)位）加于數(shù)據(jù)流中，并錄制在光盤上。重放時(shí)，CD機(jī)中的糾錯(cuò)電路通過奇偶校驗(yàn)位來(lái)識(shí)別有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)字，并給予糾正。具體方法有靜噪、保持前面的字、線性內(nèi)插等方式。 第4章激光唱機(jī)（1）靜噪。由識(shí)別電路將發(fā)生差錯(cuò)的數(shù)據(jù)字檢測(cè)出來(lái)后，靜噪電路將在出現(xiàn)差錯(cuò)的地方使揚(yáng)聲器不發(fā)出聲音，達(dá)到去除數(shù)據(jù)字的效果。但是靜噪只是

51、在糾錯(cuò)過程中起作用，并且通常是在連續(xù)發(fā)生差錯(cuò)的情況下有效。（2）保持前一字。模/數(shù)變換電路對(duì)原始模擬信號(hào)取樣后，每一個(gè)取樣值都被變成一個(gè)16位的數(shù)據(jù)字，16位數(shù)據(jù)字從全0到全1共有65536種不同組合。如果發(fā)生差錯(cuò)，用前面的數(shù)據(jù)字替代有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)字，其結(jié)果與未發(fā)生差錯(cuò)的數(shù)據(jù)流相比，誤差為1/65536，人的耳朵很難感覺出如此小的誤差所引起的聲音的改變。所以，保持前一字是一種可接受的糾錯(cuò)方法。 第4章激光唱機(jī)（3）線性內(nèi)插。取差錯(cuò)字的前一個(gè)數(shù)據(jù)字和后一個(gè)數(shù)據(jù)字的平均值，并用此值去替代這個(gè)差錯(cuò)字，稱為線性內(nèi)插，使用這種方法能得到更精確的糾錯(cuò)。（4）奇偶校驗(yàn)。進(jìn)行糾錯(cuò)，首先要在串行數(shù)據(jù)碼流中判別是否

52、出錯(cuò)及錯(cuò)在何處，CD技術(shù)是利用數(shù)據(jù)的奇偶性來(lái)判斷的。具體做法是先將串行數(shù)據(jù)分組矩陣排列，然后在每行和每列數(shù)據(jù)的最后插入校驗(yàn)位0或1，0或1的選擇依據(jù)是使該行或該列全部數(shù)據(jù)碼中的1的個(gè)數(shù)總是為偶數(shù)或奇數(shù)（含校驗(yàn)位）。重放過程中若有誤碼產(chǎn)生（1變0或0變1），則該誤碼所在的行和列的奇偶性必將發(fā)生變化，由此便可確定該組數(shù)據(jù)中有無(wú)誤碼產(chǎn)生和產(chǎn)生誤碼的準(zhǔn)確位置。誤碼位置確定了，糾錯(cuò)的任務(wù)就是將該誤碼作反變換，即0變1或1變0。 第4章激光唱機(jī)（5）里德所羅門(CIRC)糾錯(cuò)編碼。里德所羅門(CIRC)糾錯(cuò)編碼又稱交叉交織糾錯(cuò)編碼，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交織和去交織處理，將連續(xù)誤碼拆分為離散的隨機(jī)誤碼，使光盤在重

53、放過程中出現(xiàn)數(shù)千位以內(nèi)的連續(xù)誤碼均能得到有效糾正?；舅悸肥牵河涗浽诠獗P上的串行數(shù)字信號(hào)，不是按原有數(shù)字信號(hào)的排列順序記錄的，而是依據(jù)一定的規(guī)律將數(shù)字信號(hào)順序重新排列后，再記錄在光盤上，稱為交織處理。重放光盤信息時(shí)，按照相反的規(guī)律將數(shù)字信號(hào)的排列順序再恢復(fù)為最原始的排列順序，稱為去交織。這樣，信號(hào)重放時(shí)出現(xiàn)的連續(xù)錯(cuò)碼（群誤碼）經(jīng)去交織處理后，群誤碼被拆分，連續(xù)誤碼變成了隨機(jī)誤碼，從而極大地提高了對(duì)誤碼的識(shí)別和糾錯(cuò)能力。第4章激光唱機(jī)3）EFM調(diào)制技術(shù)模擬音頻信號(hào)經(jīng)取樣、量化、編碼和糾錯(cuò)編碼后形成的數(shù)字信號(hào)，還不宜直接記錄在光盤上。因?yàn)樵跀?shù)據(jù)流中可能會(huì)出現(xiàn)16位全部為0或1的情況，從光盤上讀取這

54、些數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)使信號(hào)輸出不穩(wěn)定，也會(huì)造成伺服系統(tǒng)不穩(wěn)定。為此，必須對(duì)糾錯(cuò)后輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行碼形變換，以利于記錄和重放，這個(gè)過程稱為調(diào)制，CD光盤采用EFM調(diào)制方式。EFM是英文EighttoFourteenModulation的縮寫，即8位擴(kuò)展到14位調(diào)制。先將糾錯(cuò)編碼后的數(shù)據(jù)字進(jìn)行分割，即每個(gè)16位數(shù)據(jù)字分成兩個(gè)8位數(shù)據(jù)字，而每個(gè)8位數(shù)據(jù)字又被擴(kuò)展成14位，作為最終的記錄數(shù)據(jù)。這樣做的目的是為了防止兩個(gè)及兩上以上的1連續(xù)出現(xiàn)，限制連續(xù)為0的數(shù)目，使重放時(shí)易于讀出，并保持信號(hào)和同步的穩(wěn)定。 第4章激光唱機(jī)EFM調(diào)制規(guī)定，將8位數(shù)據(jù)字?jǐn)U展為14位數(shù)據(jù)字時(shí)，不能有兩個(gè)連續(xù)的數(shù)字1出現(xiàn)；每?jī)蓚€(gè)1之間0

55、的數(shù)目最少限制為2個(gè)，最多限制為10個(gè)，共有9種狀態(tài)；同時(shí)規(guī)定，每逢數(shù)據(jù)字為1時(shí)，表示數(shù)據(jù)的脈沖電平改變一次。在CD光盤中，用凹坑或平臺(tái)代表1和0，經(jīng)過EFM調(diào)制后，凹坑與平臺(tái)的長(zhǎng)度被限制在311個(gè)碼元周期（3T11T）之間，這樣既便于讀出，也不至于連續(xù)0過多而導(dǎo)致不穩(wěn)定。8位數(shù)據(jù)字共有28256種排列方式，經(jīng)EFM變換為14位數(shù)據(jù)字后共有21416384種排列方式，其中只有267種排列方式符合上述EFM調(diào)制的規(guī)定，可從中選擇256種用來(lái)記錄聲音數(shù)據(jù)，使每一個(gè)8位數(shù)據(jù)都能對(duì)應(yīng)其中一個(gè)14位數(shù)據(jù)。 第4章激光唱機(jī)EFM還規(guī)定，每?jī)蓚€(gè)14位數(shù)據(jù)字之間插入3位偶合位。這是因?yàn)?，?dāng)一個(gè)14位數(shù)據(jù)字以1

56、結(jié)尾，而下一個(gè)14位數(shù)據(jù)字又以1開始時(shí)，出現(xiàn)了連續(xù)兩個(gè)1的情況，插入偶合位可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)1的有效隔離，使數(shù)據(jù)連接更加符合EFM調(diào)制的規(guī)定，并盡量減少已調(diào)制信號(hào)中的直流分量和低頻分量。 第4章激光唱機(jī)3CD光盤數(shù)據(jù)的記錄格式光盤數(shù)據(jù)的記錄格式CD光盤數(shù)據(jù)的記錄采用幀結(jié)構(gòu)格式，這是由于不采用幀結(jié)構(gòu)格式時(shí)，當(dāng)CD光盤出現(xiàn)缺陷，使信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間失落，或由于光盤抖動(dòng)使數(shù)字信號(hào)偏移了一位，那么以后的重放信號(hào)都會(huì)由此出錯(cuò)而不能恢復(fù)正常。采用幀結(jié)構(gòu)格式后，在記錄數(shù)字信號(hào)時(shí)，把連續(xù)的數(shù)字信號(hào)分割為相對(duì)獨(dú)立的小數(shù)據(jù)字段，這樣的字段稱為幀，在幀與幀之間插入作為分割符的幀同步信號(hào)。這樣做之后，即使由于某種原因使重放信號(hào)

57、丟失或混亂，由于有幀同步信號(hào)的存在，也能使下一幀信號(hào)到來(lái)時(shí)被強(qiáng)制同步，使重放信號(hào)恢復(fù)正常。 第4章激光唱機(jī)CD光盤數(shù)據(jù)每一幀共588位，依據(jù)功能不同分為6段，依次排列順序?yàn)椋?4位同步字（同步碼）、14位控制字（控制碼）、12字節(jié)的音頻數(shù)據(jù)、4字節(jié)的糾錯(cuò)碼、12字節(jié)的音頻數(shù)據(jù)、4字節(jié)的糾錯(cuò)碼。另外在同步碼、控制碼之間以及音頻數(shù)據(jù)、糾錯(cuò)碼的每?jī)蓚€(gè)字節(jié)之間共設(shè)有34個(gè)耦合碼，每個(gè)耦合碼由3位二進(jìn)制數(shù)字組成，作為數(shù)據(jù)段或字節(jié)之間的分段連接標(biāo)志。CD光盤數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)格式如圖426所示。第4章激光唱機(jī)圖426CD光盤數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)格式 第4章激光唱機(jī)其中，幀同步碼的作用是為了保證重放時(shí)能夠保持原信號(hào)的順序

58、和節(jié)奏，準(zhǔn)確地復(fù)原出原始音頻信號(hào)。控制碼（子碼）的作用是為光盤提供識(shí)別信息，方便節(jié)目的快速定位、檢索、顯示和編輯。除了幀同步碼、控制碼、耦合碼外，實(shí)際每幀中只有24字節(jié)（2414bit）用于傳輸音頻信息。通常將98個(gè)幀組成一個(gè)播放段，又稱為一個(gè)扇區(qū)，每一個(gè)扇區(qū)有98242352字節(jié)的音頻數(shù)碼信息，一首歌曲就是由許多個(gè)這樣的扇區(qū)組成。重放時(shí)，依次從扇區(qū)各幀讀出音頻數(shù)碼信息，先存儲(chǔ)到緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)形成流暢的數(shù)碼流，再經(jīng)數(shù)/模變換、低通濾波形成模擬音頻信號(hào)。 第4章激光唱機(jī)4.3CD機(jī)拓展知識(shí)機(jī)拓展知識(shí) 4.3.1MD機(jī)機(jī)1.MD機(jī)的特點(diǎn)及性能機(jī)的特點(diǎn)及性能MD機(jī)的磁光盤直徑為64mm，雖然其直徑只有

59、普通CD光盤的二分之一左右，但可以記錄和重放74分鐘的高質(zhì)量數(shù)字音樂，記錄節(jié)目的持續(xù)時(shí)間和重放音質(zhì)水平與CD機(jī)相當(dāng)，這是由于采用了特殊的音頻數(shù)字信號(hào)壓縮技術(shù)。MD機(jī)播放的信息是以磁場(chǎng)的形式記錄在磁光盤上的，所以MD機(jī)拾取信息的原理與CD機(jī)完全不同。MD機(jī)重放時(shí)，激光束照射在磁光盤上，利用磁光效應(yīng)，使磁光盤上的磁場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換為光信息，激光頭拾取這些光信息后再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 第4章激光唱機(jī)MD機(jī)既可以放音又可以錄音，磁光盤可重復(fù)錄音達(dá)100萬(wàn)次以上。磁光盤上的信息是通過磁頭記錄在磁光盤上的，基本原理與磁帶錄音機(jī)相似，區(qū)別在于磁帶錄音記錄的是模擬信號(hào)，MD磁光盤記錄的是數(shù)字信號(hào)。MD機(jī)體積小、抗震性能

60、好，隨機(jī)選曲等操作簡(jiǎn)便，特別適于配置在汽車立體聲音響系統(tǒng)內(nèi)。MD機(jī)主要性能及規(guī)格見表41。 第4章激光唱機(jī)表表41MD機(jī)主要性能及規(guī)格機(jī)主要性能及規(guī)格 聲道數(shù) 2（立體聲） 盤盒尺寸 68*72*5mm 有效頻率范圍 5Hz20KHz 盤片直徑 64mm 動(dòng)態(tài)范圍 105dB 盤片厚度 1.2mm 諧波失真度 0.05 盤片孔徑 11 mm 信噪比 80 dB 播放線速度 1.21.4m/s 聲道分離度 92dB 軌跡間距 1.6um 取樣頻率 44.1 KHz 激光波長(zhǎng) 780nm 量化比特 16bit 物鏡孔徑 0.45 編碼方式 改進(jìn)型里德所羅門糾錯(cuò)碼 記錄功率 5mW（最大） 調(diào)制方式